激光雷达的CMOS传感器之争

CMOS图像传感器可以说为现代的3D成像带来了改头换面的革新，即便是兴起的激光雷达市场也不例外。不少SPAD CMOS传感器就用于Flash固态激光雷达中，尤其是在自动驾驶应用要求越来越高的前提下，一些主做消费级图像传感器的厂商凭借自己的技术家底，也纷纷入局激光雷达市场。
 
Newsight Imaging

eTOF激光雷达参考设计 / Newsight Imaging
 
来自以色列的Newsight Imaging是一家成立于2016年的半导体公司，致力于3D CMOS图像传感器的开发，传感器芯片的生产制造均由同处以色列的高塔半导体负责。Newsight 于2020年发布的NSI1000是一款高性价比的CMOS图像传感器芯片，采用了Newsight特有的eTOF（增强TOF）技术，拥有32x1024的像素阵列，支持远近距离的3D深度图像捕捉。Newsight也推出了基于这一传感器芯片的eTOF固态激光雷达参考设计，采用的是无MEMS的纯固态方案，可做到0.2到100米的测量范围。
 
近日，Newsight公布了全新的NSI9000 CMOS图像传感器，一款用于深度感知和激光雷达应用的低成本传感器。NSI9000并没有采用堆栈式的设计，而是选择了单芯片的设计，芯片封装大小只有12.7mm x 12.7mm。该传感器可提供491K（1024x480）的像素分辨率，最高支持到130的帧率。而在Newsight给出的信息中，如此性能的图像传感器只需要1800日元的样片价格。
 
与NSI1000对比，NSI9000不仅进一步增加了像素分辨率，也将全分辨率下的探测距离提升至200米，还能做到高于1%的精度。不仅如此，NSI9000遵循了基于事件驱动成像的设计，采用了事件感知的特色电路，可以通过该电路连接到每一个像素。
 
在Newsight Imaging发布的公开信息中，也用到了一款竞品芯片作为对比，指出其像素分辨率达到竞品的5倍，甚至详细到了竞品的价格——15000日元，很明显这对标的就是日厂了，经过信息比对，不难看出这家厂正是图像传感器大厂索尼。
 
索尼
 
索尼作为CMOS大厂，近年来也开始涉足汽车行业，尤其是自动驾驶领域。在展出概念车后，索尼终于在今年的CES 2022上宣布成立索尼移动公司，以探索电动汽车市场。摄像头作为纯视觉方案中至关重要的一环，虽然索尼在车用摄像头上的市场份额不算高，但索尼的CMOS业务凭借多年的技术积累，主攻这一方向的话还是可以打造出优秀的车规传感器。
 
然而，索尼似乎并不满足于摄像头，同样想要进军激光雷达市场。去年，索尼半导体推出了IMX459堆叠式SPAD距离传感器，用于汽车激光雷达进行dToF的探测与识别。IMX459将10平方微米的SPAD像素和测距处理电路封装在单个芯片上，凭借1/2.9尺寸大小的传感器提供100K（597x168）左右的有效像素，实现高精度高速的距离测量。

IMX459机械式扫描激光雷达参考设计 / 索尼
 
在激光雷达的测距方案中，SPAD像素可用于dToF传感器的探测器，通过测量光源反射的时间差来完成距离的测量。该传感器充分利用了索尼在CMOS图像传感器上积累的技术，比如背照式像素结构、铜互连等，而且在对角线长度仅有6.25毫米的传感器大小下，很适合用于对小尺寸要求高的固态雷达中。索尼计划今年3月开始提供样片，不过目前仅提供了机械式激光雷达的参考设计。
 
根据索尼的说法，IMX459还用到了不规则的光入射面来折射入射光，从而提高传感器的吸收率，在激光雷达常用的905nm波长光源下，也能达到24%的光子探测率，所以分辨率和反射率的表现上比较优秀，在300米的探测范围最高可做到15cm的精度。索尼也已经展出了这一传感器的首秀，用于在CES上展出的纯电概念车中。
 
小结
 
在激光雷达仍在探索不同技术路线的前提下，多一种选择并非坏事，最终这个市场会根据成本、产量和性能决定谁去谁留。CMOS传感器的突破创新无疑给了激光雷达一种低成本的路线，CMOS传感器厂家也在面向自动驾驶开发新的设计方案，这样的内卷对未来的汽车市场无疑是越多越好。